设计模式--装饰器模式（Decorator）

装饰器模式（Decorator）

在现实生活中，常常需要对现有产品增加新的功能或美化其外观，如房子装修、相片加相框等。在软件开发过程中，有时想用一些现存的组件。这些组件可能只是完成了一些核心功能。但在不改变其结构的情况下，可以动态地扩展其功能。所有这些都可以釆用装饰模式来实现。

装饰器模式的定义与特点

• 装饰器（Decorator）模式的定义：
  指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式，它属于对象结构型模式。
• 装饰器（Decorator）模式的优点：
  1.采用装饰器模式扩展对象的功能比采用继承方式更加灵活。
  2.可以设计出多个不同的具体装饰类，创造出多个不同行为的组合。
• 装饰器（Decorator）模式的缺点：
  装饰器模式增加了许多子类，如果过度使用会使程序变得很复杂。

装饰器模式的结构与实现

1. 模式的结构
装饰器模式主要包含以下角色：

1. 抽象构件（Component）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
2. 具体构件（Concrete Component）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
3. 抽象装饰（Decorator）角色：继承抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
4. 具体装饰（ConcreteDecorator）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

装饰模式的结构图如图 1 所示。

图1 装饰器模式的结构图

1. 模式的实现
装饰器模式的实现代码如下：

package decorator;
public class DecoratorPattern
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Component p=new ConcreteComponent();
        p.operation();
        System.out.println("---------------------------------");
        Component d=new ConcreteDecorator(p);
        d.operation();
    }
}
//抽象构件角色
interface  Component
{
    public void operation();
}
//具体构件角色
class ConcreteComponent implements Component
{
    public ConcreteComponent()
    {
        System.out.println("创建具体构件角色");       
    }   
    public void operation()
    {
        System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");           
    }
}
//抽象装饰角色
class Decorator implements Component
{
    private Component component;   
    public Decorator(Component component)
    {
        this.component=component;
    }   
    public void operation()
    {
        component.operation();
    }
}
//具体装饰角色
class ConcreteDecorator extends Decorator
{
    public ConcreteDecorator(Component component)
    {
        super(component);
    }   
    public void operation()
    {
        super.operation();
        addedFunction();
    }
    public void addedFunction()
    {
        System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");           
    }
}

程序运行结果如下：

创建具体构件角色
调用具体构件角色的方法operation()
---------------------------------
调用具体构件角色的方法operation()
为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()

装饰模式的实例

我们将创建一个 Shape 接口和实现了 Shape 接口的实体类。然后我们创建一个实现了 Shape 接口的抽象装饰类 ShapeDecorator，并把 Shape 对象作为它的实例变量。RedShapeDecorator 是实现了 ShapeDecorator 的实体类DecoratorPatternDemo，我们的演示类使用 RedShapeDecorator 来装饰 Shape 对象。

类图

1. 创建一个接口：Shape.java

public interface Shape {
   void draw();
}

---

2. 创建实现接口的实体类。Rectangle.java、Circle.java

public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Shape: Rectangle");
   }
}

public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Shape: Rectangle");
   }
}

---

3. 创建实现了 Shape 接口的抽象装饰类。ShapeDecorator.java

public abstract class ShapeDecorator implements Shape {
   protected Shape decoratedShape;
 
   public ShapeDecorator(Shape decoratedShape){
      this.decoratedShape = decoratedShape;
   }
 
   public void draw(){
      decoratedShape.draw();
   }  
}

---

4. 创建扩展了 ShapeDecorator 类的实体装饰类。RedShapeDecorator.java

public class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator {
 
   public RedShapeDecorator(Shape decoratedShape) {
      super(decoratedShape);     
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      decoratedShape.draw();         
      setRedBorder(decoratedShape);
   }
 
   private void setRedBorder(Shape decoratedShape){
      System.out.println("Border Color: Red");
   }
}

---

5. 使用 RedShapeDecorator 来装饰 Shape 对象。DecoratorPatternDemo.java

public class DecoratorPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      Shape circle = new Circle();
      ShapeDecorator redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle());
      ShapeDecorator redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle());
      //Shape redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle());
      //Shape redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle());
      System.out.println("Circle with normal border");
      circle.draw();
 
      System.out.println("\nCircle of red border");
      redCircle.draw();
 
      System.out.println("\nRectangle of red border");
      redRectangle.draw();
   }
}

---

执行程序，输出结果：

Circle with normal border
Shape: Circle

Circle of red border
Shape: Circle
Border Color: Red

Rectangle of red border
Shape: Rectangle
Border Color: Red

装饰器模式的应用场景

前面讲解了关于装饰模式的结构与特点，下面介绍其适用的应用场景，装饰模式通常在以下几种情况使用。

• 当需要给一个现有类添加附加职责，而又不能采用生成子类的方法进行扩充时。例如，该类被隐藏或者该类是终极类或者采用继承方式会产生大量的子类。
• 当需要通过对现有的一组基本功能进行排列组合而产生非常多的功能时，采用继承关系很难实现，而采用装饰模式却很好实现。
• 当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时。

装饰模式在java语言中的最著名的应用莫过于 Java I/O 标准库的设计了。例如，InputStream 的子类 FilterInputStream，OutputStream 的子类 FilterOutputStream，Reader 的子类 BufferedReader 以及 FilterReader，还有 Writer 的子类 BufferedWriter、FilterWriter 以及 PrintWriter 等，它们都是抽象装饰类。

装饰器模式的扩展

装饰模式所包含的 4 个角色不是任何时候都要存在的，在有些应用环境下模式是可以简化的，如以下两种情况。
(1) 如果只有一个具体构件而没有抽象构件时，可以让抽象装饰继承具体构件，其结构图如下图所示。

只有一个具体构件的装饰模式

(2) 如果只有一个具体装饰时，可以将抽象装饰和具体装饰合并，其结构图如下图所示。

只有一个具体装饰的装饰模式